劉獻東
2020年11月25日，歐盟委員會(huì )通過(guò)了《歐洲數據治理條例（數據治理法）》建議稿，將促進(jìn)成員國之間的數據共享。這種新的數據治理方式將增加社會(huì )大眾對數據共享的信任，加強提高數據可用性的機制管理，克服數據再利用的技術(shù)障礙。
為塑造歐洲數字未來(lái)，歐盟發(fā)布《歐洲工業(yè)新戰略》，當前正在大力推進(jìn)鋼鐵行業(yè)數字化轉型項目。RFCS（煤炭和鋼鐵研究基金）作為歐洲鋼鐵行業(yè)最重要的科研基金之一，包括了145個(gè)不同領(lǐng)域的鋼鐵行業(yè)數字化創(chuàng )新項目，涉及數字化轉型和工業(yè)4.0的各方面內容（如自適應在線(xiàn)控制、全工藝流程優(yōu)化、全工藝流程數據的同步、零缺陷制造、可追溯性、智能和集成制造）。該基金的總預算為2.501億歐元，每個(gè)項目的平均預算為170萬(wàn)歐元。
參與RFCS計劃的主要研究機構是：德國B(niǎo)FI、瑞典研發(fā)機構Swerea、意大利RINA、Sant'Anna、比利時(shí)冶金研發(fā)中心。RFCS項目中最活躍的鋼鐵制造商有安賽樂(lè )米塔爾、蒂森克虜伯、塔塔鋼鐵、奧鋼聯(lián)。冶金裝備制造商是裝備專(zhuān)利的主要擁有者，如普銳特、西馬克、達涅利。
歐盟鋼鐵行業(yè)數字化轉型的項目主要有以下13大類(lèi)：
一、物聯(lián)網(wǎng)系統（IOT）
物聯(lián)網(wǎng)是指將各種物理對象嵌入電子傳感器、執行器或其他數字設備，使其能夠聯(lián)網(wǎng)以收集和交換數據。物聯(lián)網(wǎng)體系結構的在線(xiàn)監測系統由四層組成：傳感層、網(wǎng)絡(luò )層、服務(wù)資源層和應用層。目前正在運行的TRACKOPT（2017-2020）項目基于物聯(lián)網(wǎng)系統實(shí)現了鋼包自動(dòng)跟蹤系統，以確保從煉鋼到澆鑄的全過(guò)程產(chǎn)品跟蹤。
二、大數據分析和云計算
大數據技術(shù)分析是根據歷史數據算法識別產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，采用新的處理模式從而減少產(chǎn)品故障。鋼鐵行業(yè)中的傳統數據庫技術(shù)在完成對大量結構化和非結構化數據的捕獲、存儲、管理和分析方面尚存在一定的困難，大數據解決方案正應用于鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量監控和改進(jìn)，并很好地克服了傳統技術(shù)存在的困難。以減少鋼板的裂紋或劃痕缺陷為例，利用生產(chǎn)線(xiàn)在線(xiàn)數據的采集在生產(chǎn)的早期階段對鋼板表面缺陷進(jìn)行預測，避免后續產(chǎn)品故障的產(chǎn)生。
大數據分析和云計算領(lǐng)域的主要項目有：
1）TRACKOPT
該項目的目標是使用多目標優(yōu)化（MOO）框架和數據分析，同時(shí)采用包括聲學(xué)在內的各類(lèi)傳感器，從而提高工廠(chǎng)產(chǎn)量（避免由于鋼包的混合而導致產(chǎn)品封閉或降級）、和鋼廠(chǎng)的安全性。
2）Quality4.0
該項目基于A(yíng)I高級人工智能、機器自學(xué)習的分析方法和大數據處理，開(kāi)發(fā)自適應平臺，允許對大數據進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)分析，以提供量身定制、高可靠性的信息并實(shí)現產(chǎn)品質(zhì)量決策。
3）PRESED
該項目提出了一個(gè)基于大數據、特征提取、機器學(xué)習、分析服務(wù)器和知識管理的解決方案，以自動(dòng)分析感測時(shí)間序列數據。
4）NewTech4Steel
該項目實(shí)施時(shí)間為2018年~2021年，專(zhuān)注于鋼鐵行業(yè)的應用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)和實(shí)施方法，利用最新的數據處理和數據分析技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行性能監控。
5）CyberMan4.0
該項目實(shí)施時(shí)間為2018年~2021年，應用全流程工藝和產(chǎn)品大數據的工具和技術(shù)，預測質(zhì)量降級、故障、異常、關(guān)鍵部件的剩余壽命，以便及時(shí)規劃適當的并具有成本效益的干預及維護措施。
6）DROMOSPLAN
該項目采用新的傳感器數據，在兩個(gè)鋼鐵廠(chǎng)（蒂森的Duisburg工廠(chǎng)和ILVA的Taranto工廠(chǎng)）檢驗了無(wú)人機（UAV）技術(shù)效果，并于2019年完成。
三、機器人輔助生產(chǎn)
該項目是基于人形機器人的作業(yè)操作，例如，裝配和包裝。由于對產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本以及更快的交貨速度提出要求，自動(dòng)化和機器人技術(shù)在制造業(yè)中的地位越來(lái)越重要。如果利用現有技術(shù)并得以加強，實(shí)現部分機器人在煉鋼中的應用，就可進(jìn)一步改善鋼鐵產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
一個(gè)成功的實(shí)施案例是ROBOHARSH技術(shù)，首次在鋼鐵行業(yè)引入“人-機器人共生合作”的概念。該技術(shù)雖未完全替代人工，但采用了化學(xué)傳感器、姿態(tài)傳感器和位置傳感器以及視頻傳輸設備、MAVlink協(xié)議和算法。
另一個(gè)案例是DESDEMONA技術(shù)，開(kāi)發(fā)了檢測鋼材缺陷的機器人和自動(dòng)系統（如無(wú)人機和地面移動(dòng)機器人）。
四、生產(chǎn)線(xiàn)模擬
這是一種可實(shí)現鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的模擬和優(yōu)化的新求解方法。同時(shí)，它可以實(shí)現針對設計和操作過(guò)程中的潛在變化的調查研究。一些示例項目如下：
1）GASNET
其機器學(xué)習工具采用Hammerstein-Wiener（HW）模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和預測模型等技術(shù)，以提高煉鋼過(guò)程的能源利用效率和環(huán)境可持續性。
2）SOPROD
該項目采用實(shí)時(shí)優(yōu)化和非集中優(yōu)化相結合的調度方法、自動(dòng)過(guò)程的自?xún)?yōu)化和過(guò)程間的自治通信，提高了產(chǎn)品的智能性和自主通信能力，并可實(shí)現工業(yè)4.0愿景的若干關(guān)鍵使能技術(shù)。
3）AdaptEAF
該項目建立一個(gè)能綜合控制原料特性的電弧爐自適應在線(xiàn)控制系統，通過(guò)降低總能耗、提高金屬產(chǎn)量的方式來(lái)提高能源的利用效率。
4）TRACKOPT
該項目可實(shí)現對全流程可追溯跟蹤系統的監控，包括產(chǎn)品和工藝過(guò)程的監控。
5）Cyber-POS
在“鋼鐵工業(yè)4.0自動(dòng)化”的框架下，引入模擬和驗證工具以及新的IT框架，以提高CPPS（網(wǎng)絡(luò )物理生產(chǎn)系統）的可行性、安全性和效益。
6）OptiScrapManage
采用通過(guò)績(jì)效指標、多準則方法進(jìn)行過(guò)程監控的現代技術(shù)以及優(yōu)化活動(dòng)。
五、自組織生產(chǎn)
該類(lèi)項目關(guān)注設備的自動(dòng)協(xié)調，引導設備的利用和產(chǎn)品的優(yōu)化。它整合了資源、設備和人員，基于它們與主計算機的密切互動(dòng)，自組織生產(chǎn)提高了自動(dòng)化程度，可實(shí)現生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)控制。
主要子項目包括：
1）Cyber-POS（2016-2019）
把工藝過(guò)程控制模型、材料質(zhì)量模型、物流/調度模型和通信（計算機、軟件、網(wǎng)絡(luò )）等模型整合并用于生產(chǎn)優(yōu)化，能夠對工藝設定、生產(chǎn)路線(xiàn)、過(guò)程干擾或中斷的變化做出快速、動(dòng)態(tài)和靈活的反應。
2）TRACKOPT
采用創(chuàng )新的傳感器和儀器實(shí)現了鋼包移動(dòng)的自動(dòng)化監控系統。
3）Quality4.0
可以進(jìn)行與客戶(hù)/供應商交換相關(guān)質(zhì)量信息，從而降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)量，并更好地識別鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題。
4）DYNERGYSTEM
該項目可實(shí)現在多個(gè)煉鋼廠(chǎng)進(jìn)行模擬、決策支持的程序和控制，以提高電力預測能力和管理能力。
5）AdaptEAF
該項目可實(shí)現采集在線(xiàn)信息（包括熔池液位、鋼和渣量、廢鋼熔化過(guò)程和能量行為）、基于模型化的廢鋼裝料在線(xiàn)控制、燃燒器和氧氣噴槍的化學(xué)能量輸入控制。
6）PRESED
其目的是開(kāi)發(fā)新的方法和工具，以實(shí)現提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本。主要功能有：通過(guò)識別質(zhì)量缺陷的主要形成原因，從而優(yōu)化制造工藝、預測產(chǎn)品質(zhì)量及降低成本。
7）SOPROD
該項目采用了去中心化的優(yōu)化系統，基于產(chǎn)品及工藝的專(zhuān)有技術(shù)，并基于單個(gè)的產(chǎn)品特性和上下工序的工藝控制實(shí)績(jì)，實(shí)現制造過(guò)程的自動(dòng)工藝優(yōu)化。
8）DESDEMONA
該項目采用先進(jìn)的工具，確定創(chuàng )新設計、系統、程序和技術(shù)解決方案，可實(shí)現自檢和自監測的傳感及自動(dòng)化技術(shù)的集成。
9）PlantTemp
該項目開(kāi)發(fā)了一個(gè)覆蓋電弧爐和鑄造工藝全過(guò)程的操作專(zhuān)家系統，在精確控制鑄造溫度的同時(shí)實(shí)現節能和減少物料消耗。
10）AUTOADAPT
該項目提出了可擴充系統的概念，旨在應用自學(xué)習方法，采用遺傳算法、多項式模型、迭代學(xué)習控制方法和前饋控制等技術(shù)，使自動(dòng)化適應新產(chǎn)品和新工廠(chǎng)要求。
11）INFOMAP
該項目開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的工具，用于對全部工藝路線(xiàn)不同設備的地圖進(jìn)行客觀(guān)分析、說(shuō)明，并生成適用于自動(dòng)控制決策系統的簡(jiǎn)明數據系統。
六、網(wǎng)絡(luò )物理系統（CPS）
網(wǎng)絡(luò )物理系統CPS是計算、網(wǎng)絡(luò )和物理過(guò)程的集成。嵌入式計算機和網(wǎng)絡(luò )通過(guò)反饋回路來(lái)監控物理過(guò)程，物理過(guò)程會(huì )影響計算，反之亦然。正在進(jìn)行的Cyber POS項目和CyberMan4.0項目將實(shí)現傳統軋鋼廠(chǎng)向網(wǎng)絡(luò )物理系統的轉換。
七、智能供應網(wǎng)絡(luò )
智能供應網(wǎng)絡(luò )通過(guò)使用模型，將鋼鐵制造過(guò)程（從原材料到最終產(chǎn)品）作為集成供應鏈的一部分來(lái)整體優(yōu)化，同時(shí)，對整個(gè)供應網(wǎng)絡(luò )的監控進(jìn)行更好的供應管理決策。主要的RFC項目包括：
1）GASNET
該項目建立工藝氣體和蒸汽的網(wǎng)絡(luò )管理模型，實(shí)現包括生產(chǎn)和輸送全部過(guò)程、多層級燃氣和蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化管控。
3）Quality4.0
該項目將整個(gè)供應鏈的用戶(hù)-供應商合作模式提升到新的高度和水平。
八、橫縱向集成
橫向集成是指價(jià)值鏈中資源與信息網(wǎng)絡(luò )的集成，而縱向集成涵蓋未來(lái)智能工廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )化制造系統和個(gè)性化定制制造。主要的項目包括DYNERGYSteel、SOPROD、Quality4.0。其中，Quality4.0整合整個(gè)供應鏈上橫向質(zhì)量信息，建立新的客戶(hù)-供應商合作模式，充分挖掘、利用全產(chǎn)業(yè)鏈的所有質(zhì)量信息和專(zhuān)業(yè)知識。
九、預測性維護
預測性維護是基于對設備的遠程監控系統，可實(shí)現在設備故障前進(jìn)行有效維修。預測維修技術(shù)可以通過(guò)設備監測與智能決策相結合的方法來(lái)實(shí)現。其中，Cyberman4.0項目通過(guò)建立在工業(yè)4.0使能技術(shù)基礎上的實(shí)驗系統和工具，將鋼鐵行業(yè)的維護策略從預防性維護轉變?yōu)閮?yōu)化預測性維護，將實(shí)現“集成維護模型4.0”（IMM4.0）在軋鋼領(lǐng)域的應用。
十、網(wǎng)絡(luò )安全
應考慮網(wǎng)絡(luò )安全，尤其是基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。在Flatt、Schriegel、Jasperneite、Trsek和Adamczyk等項目中，基于工業(yè)4.0結構和VDI/VDE指南2182的“網(wǎng)絡(luò )安全”分析程序模型，實(shí)現了基于云的生產(chǎn)監控。
十一、改善維護服務(wù)
在改善維護服務(wù)方面第四維度的“擴增實(shí)境”是各公司最感興趣的技術(shù)之一。由虛擬連接的服務(wù)技術(shù)人員執行基于遠程連接的遠程維護，從而節省差旅成本和時(shí)間，能夠快速解決相關(guān)問(wèn)題。鋼鐵行業(yè)的相關(guān)項目TeleRescuer，通過(guò)一個(gè)虛擬系統并使用特種無(wú)人駕駛車(chē)輛（UV），將救援人員“隱形地傳送”到煤礦地下區域。
十二、物流車(chē)輛自動(dòng)駕駛
這是工廠(chǎng)內使用的一種全自動(dòng)運輸系統，利用智能軟件來(lái)優(yōu)化內部物流運作，涵蓋供應和處理鋼廠(chǎng)內的原材料、中間產(chǎn)品、成品及副產(chǎn)品，如散裝物料或爐渣。其中，TRACKOPT項目開(kāi)發(fā)了智能控制站，并支持軋制和精整區域物流。
十三、知識管理數字化
鋼鐵行業(yè)的專(zhuān)業(yè)知識和經(jīng)驗在傳承方面的主要問(wèn)題有：?jiǎn)T工個(gè)體的差異、人的遺忘、員工離開(kāi)而造成的知識流失等。KnowDec項目旨在研究和實(shí)現一種收集、表達、儲存和利用人類(lèi)知識的方法，以便在基于計算機的系統里應用。所收集的經(jīng)驗儲存在知識庫中，用于決策支持及建議。
《中國冶金報》（2021年1月8日 02版二版）
